Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Парадокс пестицидов является парадоксом , который гласит , что применение пестицида к вредителю может в конечном итоге увеличение численности вредителя , если пестицид расстраивает динамику естественной хищник-жертва в экосистеме.

Уравнение Лотки – Вольтерра [ править ]

Чтобы описать парадокс пестицидов математически, уравнение Лотки-Вольтерра , набор нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка, которые часто используются для описания взаимодействий хищник-жертва, можно модифицировать, чтобы учесть добавление пестицидов в взаимодействия хищник – жертва.

Без пестицидов [ править ]

Переменные представляют собой следующее:

Следующие два уравнения являются исходным уравнением Лотки – Вольтерра , которое описывает скорость изменения каждой соответствующей популяции как функцию популяции другого организма:

Установив каждое уравнение равным нулю и, таким образом, предполагая стабильную популяцию, можно построить график из двух линий ( изоклин ), чтобы найти точку равновесия, точку, в которой обе взаимодействующие популяции стабильны.

Это изоклины для двух приведенных выше уравнений:

Учет пестицидов [ править ]

Изоклины хищник – жертва до и после применения пестицидов. Увеличилось количество вредителей.

Теперь, чтобы учесть разницу в динамике популяции хищника и жертвы, возникающую при добавлении пестицидов, добавляется переменная q, чтобы представить процент гибели обоих видов пестицидом на душу населения. Исходные уравнения Лотки – Вольтерра меняются следующим образом:

Решая изоклины, как это было сделано выше, следующие уравнения представляют две линии с пересечением, которое представляет новую точку равновесия. Это новые изоклины для популяций:

Как видно из новых изоклин, новое равновесие будет иметь более высокое значение H и более низкое значение P, поэтому количество жертв будет увеличиваться, а количество хищников - уменьшаться. Таким образом, жертва, на которую обычно нацелен пестицид, фактически получает пользу от пестицида, а не причиняет ему вред.

Надежной и простой альтернативой модели хищник – жертва Лотки-Вольтерры и ее распространенным обобщениям, зависящим от жертвы, является модель, зависящая от отношения, или модель Ардити-Гинзбурга . [1] Это две крайности спектра моделей интерференции хищников. По мнению авторов альтернативной точки зрения, данные показывают, что истинные взаимодействия в природе настолько далеки от экстремума Лотки-Вольтерра на спектре интерференции, что модель можно просто отбросить как неверную. Они намного ближе к зависимому от отношения экстремуму, поэтому, если требуется простая модель, можно использовать модель Ардити – Гинзбурга в качестве первого приближения. [2]

Эмпирические данные [ править ]

Парадокс неоднократно подтверждался документально на протяжении всей истории борьбы с вредителями. Например, хищные клещи естественным образом охотятся на клещей- фитофагов , которые являются обычными вредителями в яблоневых садах. Опрыскивание садов убивает обоих клещей, но эффект уменьшения хищничества больше, чем у пестицида, и численность клещей-фитофагов увеличивается. [3]

Эффект был также замечен на рисе, что было задокументировано Международным научно-исследовательским институтом риса , который отметил значительное сокращение популяций вредителей после прекращения применения пестицидов. [4]

Связанные явления [ править ]

Недавние исследования показывают, что такой парадокс не обязательно может быть вызван сокращением популяции хищников, например, с помощью пестицидов. В момент сбора урожая уменьшается популяция хозяина, одновременно ослабляется эффект внутривидовой плотности. [5] Внутривидовая конкуренция составляет конкуренцию между особями одного и того же вида. Когда плотность населения высока и ресурсы, следовательно, относительно скудны, каждый человек имеет меньший доступ к ресурсам для инвестирования энергии в рост, выживание и воспроизводство. Это вызывает снижение выживаемости или увеличение смертности.

Внутривидовая конкуренция увеличивается с увеличением плотности. Можно было ожидать, что сокращение популяции (например, из-за промысла) снизит плотность популяции и снизит внутривидовую конкуренцию, что приведет к снижению смертности среди жертв.

Исследования также показывают, что прямое воздействие на популяцию хищников через добычу добычи не является необходимым для наблюдения парадокса. [5] Было показано, что добыча добычи вызывает снижение скорости воспроизводства хищников, что снижает уровень равновесия хищников. Таким образом, изменения в стратегии жизненного цикла (модели роста, воспроизводства и выживания) также могут вносить свой вклад в парадокс.

Казалось бы, парадокс можно объяснить косвенным влиянием промысла на естественные экологические взаимодействия жертвы и хищника: уменьшение эффекта внутривидовой плотности для жертвы и снижение скорости воспроизводства для хищника. Первый увеличивает восстановление популяции жертвы, а второй снижает уровень равновесной популяции хищника.

Решения [ править ]

Чтобы справиться с парадоксом, производители могут обратиться к комплексной борьбе с вредителями (IPM) [6] , экологическому подходу к борьбе с вредителями, который учитывает взаимодействие между вредителями и окружающей их средой. [7] Существует не только один способ практиковать IPM, но некоторые методы включают использование механических ловушек или увеличение численности естественных хищников. [8]

IPM также часто рекламируется за его преимущества для окружающей среды и здоровья, поскольку он позволяет избежать использования химических пестицидов.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ардити, Р. и Гинзбург, Л. Р. 1989. Взаимодействие в динамике хищник-жертва: зависимость отношения . Журнал теоретической биологии 139: 311-326.
  2. ^ Ардити, Р. и Гинзбург, LR 2012. Как виды взаимодействуют: изменение стандартного взгляда на трофическую экологию . Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.
  3. ^ Лестер, П.Дж.; Thistlewood, HMA; Хармсен, Р. (1998). «Влияние размера и количества убежища на динамику акариновых хищников и жертв в яблоневом саду, нарушенном пестицидами» . Журнал прикладной экологии . 35 (2): 323–331. DOI : 10.1046 / j.1365-2664.1998.00304.x . JSTOR  2405131 .
  4. ↑ Саквилл Гамильтон, Генри (январь – март 2008 г.). «Парадокс пестицидов» (PDF) . Рис сегодня (1): 32–33 . Проверено 3 февраля 2011 года .
  5. ^ а б Мацуока, Т .; Сено, Х. (2008). «Экологический баланс в динамике коренного населения может вызвать парадокс борьбы с вредителями с помощью сбора урожая» (PDF) . Журнал теоретической биологии . 252 (1): 87–97. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2008.01.024 . PMID 18329048 .  
  6. ^ «Мичиганский технический блог: 6 преимуществ интегрированной борьбы с вредителями» https://hub.sfi.mtu.edu/members/3137/blog/2015/Jan/5-advantages-of-integrated-pest-management
  7. ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Принципы комплексной борьбы с вредителями (IPM)», http://www.epa.gov/opp00001/factsheets/ipm.htm (2008).
  8. ^ Агентство по охране окружающей среды США. «Пестициды и продукты питания: что означает« интегрированная борьба с вредителями »», http://www.epa.gov/pesticides/food/ipm.htm (2007).